49709 皮帶巷工作面支護(hù)技術(shù)的研究

李 帥

（西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

1 49709 皮帶巷工程概況

西銘礦49709 皮帶巷所要施工巷道包括49709皮帶巷、49709 切眼、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。49709 皮帶巷用于形成49709 回采工作面的生產(chǎn)系統(tǒng)，滿足該工作面采煤時的運(yùn)煤、回風(fēng)、行人及管線鋪設(shè)。

回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷用于工作面掘進(jìn)及采煤期間的回風(fēng)，49709 切眼用于采煤期間液壓支架的安設(shè)。預(yù)計巷道平均坡度4°，最大坡度為15°，皮帶巷為1 890 m，切眼為208 m，回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷為51 m，共計2 149 m。

1.1 井上位置

地面位于隨老母斷層以南，蒿地茆村西北，古交千峰精煤有限公司以東；王家溝村（已拆遷）位于工作面中部。地表多為黃土覆蓋，蓋山厚度為206～445 m，平均為329 m。

1.2 井下位置

井下位置是在北七采區(qū)左側(cè)，北側(cè)靠近隨老母斷層，南側(cè)靠近北七左翼回風(fēng)巷，西側(cè)靠近古交千峰精煤有限公司，東側(cè)是48707 采空區(qū)。49709 工作面上覆2 號煤、8 號煤已經(jīng)完成開采，9 號煤與2 號煤層之間的距離大約為95 m 左右；9 號煤與8 號煤層之間的距離大約是1.50～3.30 m，平均2.31 m；3 號煤不可采[1-2]。

2 煤層賦存特征

西銘礦49709 工作面開采的9 號煤層存在裂縫，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤層部分區(qū)域夾雜著0.5 m 的頁巖，煤層傾斜角度大概在2°～15°，平均傾斜角度是4°，煤層厚度2.70～3.90 m 左右，平均煤層厚度3.40 m，9 號煤層整體厚度差別不是很大，屬于中厚煤層。

表1 煤層賦存情況

3 支護(hù)設(shè)計

3.1 皮帶巷斷面設(shè)計

3.1.1 巷道寬度

式中：B1為皮帶巷的寬度；BP為轉(zhuǎn)載機(jī)寬度，取1.6 m；Bx為人行道寬度，取1.0 m；C1為安全間隙，取0.5 m。

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：B1＝3.1 m。

3.1.2 巷道高度

式中：H1為巷道的凈高度；h設(shè)1為安裝最高設(shè)備轉(zhuǎn)載機(jī)的高度，2.2 m；S1為安全間隙，取0.2 m；b1為巷道預(yù)計變形量，取0.2 m。

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：H=2.6 m。

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗，皮帶巷斷面設(shè)計為正梯形斷面，皮帶巷巷道上方凈寬度3.1 m，巷道下方凈寬度4.25 m，凈高度3.2 m。

3.1.3 按風(fēng)速進(jìn)行驗算

式中：Q皮為設(shè)計的皮帶巷的通風(fēng)量，850 m3/min；v皮為皮帶巷風(fēng)速；S掘為巷道斷面，4.25×3.2=13.6 m2。

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：v皮=1.04 m/s。

煤礦安全規(guī)程要求掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷的允許風(fēng)速為0.25～4 m/s，顯然設(shè)計風(fēng)速1.04 m/s 符合煤礦安全規(guī)程，故皮帶巷斷面設(shè)計合理。

3.2 切眼斷面設(shè)計

3.2.1 巷道寬度

切眼寬度取6.5 m，切眼是安裝液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)的場所，在這些設(shè)備中，支架的長度最大，所以，以支架長度計算切眼的寬度。

式中：B2為切眼的寬度；Bz為液壓支架安裝時對角線長度6.3 m；C2為富余系數(shù)，取0.2 m。

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：B2＝6.5 m。

3.2.2 巷道高度

為有利工作面設(shè)備的安裝及安裝期間皮帶巷轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備的運(yùn)輸，切眼斷面高度取3.3 m。

式中：H2為巷道的凈高度；h設(shè)2為液壓支架的高度（包括平板車），2.3 m；a 為軌道、軌枕的高度，0.3 m；S2為安全間隙，取0.2m；b2為巷道預(yù)計變形量，取0.2m。

將數(shù)據(jù)代入公式計算得：H2=3.0 m。

考慮切眼寬度大，煤層頂板需要承受壓力也會隨之增大，為了保證安全生產(chǎn)過程，該礦采用“先施工小斷面后再邊擴(kuò)幫邊安裝”的工藝。設(shè)計小斷面為矩形斷面，巷道寬4.6 m，高度3.3 m，均大于驗算結(jié)果，故切眼斷面設(shè)計合理。。

4 支護(hù)工藝

4.1 巷道臨時支護(hù)

巷道臨時支護(hù)需要兩根11 號礦用工字鋼支撐前探梁，前探梁被卡梁式懸吊器懸吊，工字鋼長度為5.0 m，每根前探梁都有3 處被懸吊，兩根懸吊梁之間的距離為2.2 m。

4.2 巷道支護(hù)形式及規(guī)格

49709 皮帶巷選擇的支護(hù)方式為架棚支護(hù)，其中棚梁設(shè)計長度為3.4 m，棚腿設(shè)計長度為3.4 m，棚梁和棚腿都選擇使用11 號礦用工字鋼支護(hù)，構(gòu)頂、攀幫、撐木的數(shù)目分別是6、8、4 根。兩個棚梁之間的距離為0.8 m，工字鋼支護(hù)的循環(huán)進(jìn)度1.6 m，工作面支架支護(hù)的空間寬度最大為2.0 m，最小為0.4 m。

架棚支護(hù)質(zhì)量要求：

1）構(gòu)頂：小背板壓梁頭，小背板之間需要均勻排列，前后兩架小背板要交錯布置，小背板需要用木楔打牢。每根小背板用木楔的固定方向應(yīng)該相同，并且避免重復(fù)木楔的出現(xiàn)，采用2.0 m 長的成品小背板[3]。

2）攀幫：以四道攀幫為一幫，上攀幫構(gòu)木緊貼所架棚棚口，隨后每間隔0.8 m 攀一道，需要用木楔進(jìn)行固定。

3）撐木：在棚梁兩梁頭槽內(nèi)打一處撐木，在距棚梁1.0 m 處打一處撐木，撐木選擇長為80 cm，寬度7 cm，厚度5 cm 的成品撐木，保持撐木在同一直線。

4）頂板需要頂網(wǎng)固定，金屬網(wǎng)規(guī)格2.2 m×1.8 m，金屬網(wǎng)在使用時必須拉平鋪展，張緊有力。聯(lián)網(wǎng)距20 cm，搭接距10 cm，網(wǎng)針必須擰最少兩圈半，金屬網(wǎng)必須拉至棚梁梁頭下30 cm，并用梁頭第一攀幫構(gòu)木將網(wǎng)子壓緊。

5）棚腿叉角為10°，棚腿必須有10 cm 柱窩以確保支設(shè)牢靠，棚腿需要固定在實(shí)底處。

6）超挖處攀幫構(gòu)頂需用圓木或小背板打木垛背嚴(yán)。

7）巷道掘進(jìn)過程中，支設(shè)棚腿需要迎山角，迎山角高度為所支護(hù)巷道坡度的1/5。

49709 切眼采用架棚支護(hù)，棚梁選擇11 號礦用工字鋼，工字鋼長度為4.4 m，棚距0.6 m，一條棚梁有兩條棚柱，棚梁的棚腿選擇DW-35 型單體液壓支柱，落山幫和工作面幫選擇錨桿規(guī)格為Φ20 mm×1 800 mm 玻璃鋼錨桿，每根錨桿配一個MSCKb2360和一個MSK2380 錨固劑及其配套成品托板進(jìn)行錨固支護(hù)。落山幫和工作面幫之間按1.2 m×1.5 m 矩型布置錨桿，最上排幫錨桿與頂板之間的距離為0.6m，兩排布置。緊挨兩邊邊柱各架設(shè)一架順巷抬棚，加強(qiáng)支護(hù)，抬棚梁采用3.4 m 的工字鋼，抬棚梁必須對接，支柱必須支設(shè)在實(shí)梁下，一梁三柱，間距1.2 m。順巷抬棚的支柱必須穿鐵鞋，鐵鞋必須用防倒繩和單體手把聯(lián)結(jié)[4]。

49709 皮帶巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷選擇的支護(hù)方式為架棚支護(hù)，設(shè)計的棚梁長度為2.8 m，設(shè)計的棚腿長度為3.4 m，棚梁和棚腿都選擇11 號礦用工字鋼，構(gòu)頂、攀幫、撐木分別需要4、8、4 根。兩個棚梁之間的距離為0.8 m，工字鋼支護(hù)的循環(huán)進(jìn)度1.6 m，工作面支架支護(hù)的空間寬度最大為2.0 m，最小為0.4 m。

4.3 驗算支護(hù)設(shè)計參數(shù)（棚距為0.8 m）

4.3.1 頂梁按簡支壓彎構(gòu)件計算

式中：Mmax，b為頂板載荷作用在棚梁上的最大彎矩，kN·m，其計算公式見式（7）；N1為棚腿給予棚梁的軸向力，kN/m，其計算公式見式（8）；Fb為工字鋼頂梁橫截面積，33.18 cm2取0.003 318 m2；φ 為軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比查表φ=0.237；Wb為工字鋼抗彎截面模量，113.4 cm3取0.000 113 4 m3；σ0，b為取11 號工字鋼材料極限抗壓強(qiáng)度，510 MPa。

式中：γ 為巷道頂板巖石容重，取24.5 kN/m3；h2為巷道冒落高度，根據(jù)經(jīng)驗取1.7 m；L 為棚距取0.8 m；l1為棚梁長度3.4 m。

式中：q2為棚腿所受的側(cè)壓均勻集度，kN/m2，其計算公式見式（9）；l2為棚腿長度，3.4m；α 為棚腿岔角80°。

式中：h1為巷道高度，取3.4 m；β 為煤層內(nèi)摩擦角，，σcc為煤層抗壓強(qiáng)度，取12 MPa。

所以棚距≤0.8 m，棚梁強(qiáng)度滿足要求。

4.3.2 棚腿按簡支壓彎構(gòu)件計算

式中：Mmax，c為巷幫載荷作用在棚梁上的最大彎矩，kN·m，其計算公式見式（11）；Wc為工字鋼抗彎截面模量，113.4 cm3，即0.000 113 4 m3；Fc為工字鋼棚腿橫截面積，33.18 cm2，即0.003 318 m2；N2為棚梁給予棚腿的軸向力，kN，其計算公式見式（12）；σ0，c為11號工字鋼材料極限抗壓強(qiáng)度，510 MPa。

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（12）（11）（10）計算得：代入公式：

所以棚距≤0.8 m，棚腿強(qiáng)度滿足要求。

5 礦壓監(jiān)測

1）觀測內(nèi)容：自開口位置開始，每50 m 人工檢測一次棚梁及棚腿變形程度。

2）觀測方法：礦壓監(jiān)測設(shè)計周期為7 d 一次。監(jiān)測內(nèi)容為棚梁、棚腿受到巷道巖石壓力后的變形情況。變形嚴(yán)重的部位每天定時做好記錄，巷道行人一側(cè)每50 m 設(shè)置礦壓記錄牌，并將每天觀測結(jié)果及時記錄。

3）數(shù)據(jù)處理：觀測，日常觀測工作由專門的工作人員進(jìn)行觀測，并將每天觀測結(jié)果及時記錄；結(jié)果分析，在施工同時進(jìn)行礦壓觀測，并及時對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，做好相應(yīng)監(jiān)測情況的應(yīng)對措施。每月由技術(shù)員將觀測記錄交生產(chǎn)科存檔。

6 結(jié)論

通過對49709 皮帶巷工程應(yīng)用和煤層情況分析，決定對皮帶巷、切眼、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷采用架棚支護(hù)的支護(hù)方案，設(shè)計棚距0.8 m，分別滿足了棚梁強(qiáng)度和棚腿強(qiáng)度的要求，并進(jìn)行驗算，確保設(shè)計參數(shù)安全合理。在煤礦開采過程中，確保施工工作面的支護(hù)質(zhì)量是煤礦企業(yè)面臨的一大難題，根據(jù)具體巷道掘進(jìn)要求，針對性設(shè)計支護(hù)方案和選擇支護(hù)工藝，不僅確保巷道支護(hù)質(zhì)量，也為類似巷道支護(hù)技術(shù)研究指明了方向。